Супутникові системи ГЛОНАСС і gps

У статті подано короткий огляд основних існуючих сьогодні операційних систем, показано, що представляють собою сучасні операційні системи для вбудованих додатків (Embedded OS), які мають відмінні ознаки, переваги, недоліки, окреслено сфери їх застосування.

Будь-яка система геопозиционирования розробляється не тільки для того, щоб визначати місце розташування об’єкта, перебуваючи безпосередньо біля нього, але, що не менш важливо, ще й віддалено відстежувати місце розташування об’єкта. І якщо GPS-приймачі і навігатори вже практично нікого не дивують, то прилади для відстеження позиції і переміщення об’єктів стали широко застосовуватися відносно недавно. Такі прилади називаються GPS-трекери. Про них і піде мова в цій статті.

Будучи за своїм походженням телекомунікаційним стандартом, специфікація MicroTCA швидко «прибрала до рук» телеком-периферію і стала поширювати свій вплив на інші сектори комп’ютерної індустрії. Устаткування MicroTCA привертає розробників своєю низькою ціною, компактністю, гнучкістю і зручністю у використанні, що дозволило йому вийти за рамки телекому. Сьогодні стандарт MicroTCA з успіхом застосовується при створенні передової медичної техніки, промислових, аерокосмічних і оборонних систем.

У статті розглянуті основні принципи роботи супутникових навігаційних систем, а також дана картина стану ринку ГЛОНАСС в Росії і за кордоном і перспективи його розвитку

Путникове навігаційні системи (СНС) з’явилися в кінці ХХ століття. За час свого існування вони доопрацьовувалися і видозмінювалися. Так, американська GPS (Global Positioning System – система глобального позиціонування) заснована на системі Timation (1964 г.) і спочатку називалася NAVSTAR, а попередником російської ГЛОНАСС (Глобальна навігаційна супутникова система) стала «Цикада» (1967 р). Системи навігації були призначені тільки для військових і спецслужб, однак згодом вони стали виходити і на цивільний ринок. Проте обидві СНС залишаються стратегічними в своїх країнах.
Системи GPS і ГЛОНАСС розроблялися з урахуванням наступних загальних вимог: глобальність, безперервність роботи і цілодобова доступність, перешкодозахищеність, компактність апаратури споживача, незалежність від метеорологічних умов, рельєфу місцевості, а також від ступеня рухливості об’єкта і т.д.
Все СНС мають однакову структуру. Вона складається з трьох основних сегментів (космічний сегмент, сегмент управління і сегмент споживача) і ряду допоміжних елементів, таких як канали зв’язку, засоби виведення супутників на орбіту тощо. Розглянемо сегменти супутникових систем більш докладно.

Будь-яка супутникова навігаційна система не може працювати без супутників і наземних станцій, що приймають і обробляють сигнал. Також невід’ємною частиною СНС є приймальна апаратура споживача, яка відображає інформацію про місцезнаходження і швидкості руху користувача. Таким чином, можна виділити три сегменти, що становлять основу СНР.

космічний сегмент

сегмент управління

Сегмент управління складається з головної станції, суміщеної з обчислювальним центром, групи контрольно-вимірювальних станцій (КІС) і наземного еталона часу і частоти. Контрольно-вимірювальні станції намагаються розміщувати якомога рівномірніше по поверхні Землі. Їх координати визначені в трьох вимірах з максимально доступною точністю. При прольоті КА в зоні видимості КІС відбувається прийом станцією навігаційних сигналів супутника, потім ці дані обробляються і передаються на головну станцію. На головній станції здійснюється збір інформації з усіх КІС, її математична обробка та обчислення різних координатних і коригувальних даних.
Наземний еталон часу і частоти необхідний для синхронізації всіх процесів в СНС. Він має більш високу точність, ніж бортові еталони, встановлені на КА.

сегмент споживачів

До сегменту споживачів відноситься приймальне обладнання всіх користувачів СНС, будь то військові служби, комерційні організації або приватні особи. Основне завдання навігаційної апаратури споживачів (НАП) – прийом інформації з супутників, її інтерпретація і висновок на дисплей або в канал зв’язку в належному вигляді.

Точність позиціонування залежить від багатьох факторів, в т.ч. від методу знаходження координат. Свою похибка через неідеальність вносять всі елементи СНР. Крім того, є і «природний» джерело похибки – атмосфера. Повітряна оболонка (точніше, тропосфера і іоносфера) Землі викривляє траєкторію поширення сигналу, що призводить до появи затримок щодо розрахункового часу. Проблема полягає в тому, що цей ефект не завжди вдається спрогнозувати, а яку вносить помилка може досягати десятка метрів. Проте розроблений ряд
алгоритмів, які дозволяють за різними ознаками оцінити затримки поширення. Вплив тропосфери цілком передбачувано, оскільки визначається вивченими факторами (вологість, тиск і температура). Вплив іоносфери багатогранніше і залежить від таких факторів як сонячна активність, концентрація вільних електронів і т.д.
Ще одним фактором, що вносить похибка при визначенні координат, є багатопроменеве поширення сигналу з супутника. Всі будівлі, гори і інші високі об’єкти поблизу користувача є перепонами для сигналу. Досягнувши перешкоди, він відбивається. В умовах великого міста перевідбиттів сигналів стає занадто багато. Якщо на антену приймача користувача одночасно надійде кілька таких сигналів, між ними виникне взаємна інтерференція, яка призведе до неможливості визначення координат користувача. Крім того, високі об’єкти поблизу користувача зменшують зону видимості приймача, тим самим скорочуючи кількість доступних КА.

Космічний сектор GPS утворений 24-ма діючими супутниками і трьома резервними. Супутники розподілені по шести орбітах так, щоб над кожною точкою земної поверхні постійно перебувало сузір’я принаймні з п’яти КА. Кут між площинами орбіт складає 60 ° (див. Рис. 1).

Мал. 1. Орбітальні площини GPS

Мал. 2. Три орбітальні площині ГЛОНАСС

На відміну від системи GPS, супутники ГЛОНАСС в своєму орбітальному русі не мають резонансу (синхронності) з обертанням Землі, що забезпечує їм більшу стабільність. Таким чином, угруповання КА ГЛОНАСС не вимагає додаткових коригувань протягом всього терміну активного існування. Проте термін служби супутників ГЛОНАСС помітно коротше.
Що стосується сегмента управління, то станції GPS розташовані по всьому світу, в той час як станції стеження ГЛОНАСС знаходяться тільки на території Росії. Оскільки ГЛОНАСС – стратегічна система, то незалежність від інших країн відіграє особливу роль.
Споживче обладнання ГЛОНАСС розроблено тільки для спеціальних застосувань і, на відміну від приймачів GPS, поки не доступно для індивідуального користування. Однак зараз повним ходом йде розробка комерційних суміщених приймачів ГЛОНАСС / GPS.

Це питання, напевно, цікавить багатьох читачів. Дійсно, вже продаються недорогі навігатори GPS, які працюють, здавалося б, краще ГЛОНАСС-приймачів. Однак не все так просто, давайте подивимося на це з іншого боку .

Російська система ГЛОНАСС не закінчена і буде продовжувати розвиватися. Природно, за умови достатньої державної підтримки. За офіційними заявами, уряд налаштований на розвиток навігаційної галузі. Тим більше, що це гарантія безпеки і захищеності Росії.
Як ми говорили, будь-яка навігаційна система складається з трьох сегментів. В даний час доопрацювання потрібно на всіх рівнях ГЛОНАСС. Так, для повноти угруповання необхідно вивести на орбіту ще принаймні сім супутників (не рахуючи резервних).
Зупинимося на основних проблемах, які найбільш гостро стоять перед розробниками НАП. Найважливіша частина приймача ГЛОНАСС / GPS – це приймальний модуль, тому до нього пред’являються найжорсткіші вимоги. Ймовірно, майбутні розробки будуть позбавлені таких недоліків.
1. Високе енергоспоживання. Потужність споживання більшості представлених на ринку прийомних OEM-модулів складає близько 0,9 . 1 Вт. Для портативної техніки це дуже високий показник, що обмежує застосування модулів в мобільних пристроях. Для порівняння, споживання GPS-модулів на порядок нижче (50 . 100 мВт). Роботи в цьому напрямку ведуться. Так, вбудований модуль ГАЛС-П споживає всього 0,65 Вт (ФГУП ніім «Прогрес»). Однак цього недостатньо. Для істотного зниження споживаної потужності необхідний перехід на проектні норми 0,09 . 0,13 мкм. На жаль, такої технології ні на одному підприємстві в Росії немає.
2. Висока вартість. В даний час випускається лише кілька тисяч OEM-модулів на рік. Природно, збільшення обсягів виробництва дозволило б знизити вартість пристроїв. Однак в Росії немає таких потужностей, як немає і програми розвитку НАП. Окремим підприємствам не вистачає інвестицій, щоб налагодити масовий випуск продукції. З іншого боку, інвестори не поспішають вкладати в проект, який окупиться лише через кілька років. Таким чином, необхідний держзамовлення або інші способи підтримки галузі.
З іншого боку, двосистемні модулі ГЛОНАСС / GPS самі по собі технічно більш складні, ніж односистемних. Саме тому вони дорожче, але разом з тим і надійніше.
3. Великі габарити приймачів. Це виключає можливість використання існуючих розробок у портативній техніці, істотно звужуючи тим самим сферу застосування модулів. Однак з переходом на новий технологічний базис (див. П. 1) ця проблема вирішиться.
Крім перерахованих проблем існує безліч інших, в т. Ч. Забезпечення ПО, складання карт і т.д.

Навігація – невід’ємна частина життєдіяльності людини. Недарма ця наука розвивається з найдавніших часів. Звичайно, методи визначення координат і поставлені цілі змінюються, однак навігація не втрачається, а навпаки, набуває все більшої важливості.
Навігаційне обладнання використовується всюди, де необхідно отримати координати об’єкта швидко і точно. В першу чергу мова йде про наступні службах і сферах застосування:
• військові відомства, спецслужби;
• МВС (системи вимірювання швидкості, моніторинг чергових і оперативних машин);
• МНС;
• аварійні служби;
• розробка кар’єрів (видобуток відкритим способом);
• транспорт (залізничний, морський, громадський) – для навігації і моніторингу;
• авіація (вертольоти, літаки, безпілотні апарати);
• картографія (кадастрові служби);
• топографія (складання карт місцевості);
• системи безпеки;
• будівельні компанії.
Слід зауважити, що в усіх сферах застосування використовується різна споживче обладнання, оскільки навігаційні завдання значно різняться за складністю. Це може бути як просте орієнтування на місцевості, так і оперативне управління військами.

У зв’язку з появою нових навігаційних систем (ГЛОНАСС, Galileo) виробники прагнуть розширити функціональність НАП. Так, багато закордонних компаній включають в ОЕМ-модулі підтримку ГЛОНАСС.
В єдиному державному переліку підприємств-учасників російського ринку супутникової навігації перераховано близько ста компаній. Це і виробники НАП, і постачальники програмного забезпечення, і дистриб’ютори, які займаються просуванням суміщених приймачів ГЛОНАСС / GPS на російському ринку.
Найбільшими російськими виробниками НАП в Росії є такі компанії: ФГУП «НДІ КП» (Інститут космічного приладобудування), ФГУП «РНИИ КП» (Російський науково-дослідний інститут космічного приладобудування), ВАТ «Іжевський радіозавод» (ИРЗ), РІРВ (Російський інститут радіонавігації і часу), ЗАТ «КБ навис» (Конструкторське бюро навігаційних систем), ФГУП ніім «Прогрес», ВАТ «МКБ Компас» і ін.
Крім військових модулів, перераховані компанії вже мають власні вбудовані комерційні модулі ГЛОНАСС, або працюють над їх створенням.
Серед зарубіжних виробників можна виділити компанії Trimble, Javad, Novatel, Leica, Topcon, 3S Navigation, Ashtech, JPS, Sokkia і Spectra Precision. Це лідери на ринку GPS-пристроїв, що приступили до виготовлення суміщених прийомних модулів.

Ринок навігаційної апаратури користувачів в Росії тільки формується. Це пов’язано як з незакінченістю космічного сегмента ГЛОНАСС, так і з відсутністю конкретної державної програми розвитку галузі та організації виробництва.
Проте існує кілька оцінок потенційної ємності ринку.
За оцінками зарубіжних компаній, реальний попит на навігатори в Росії становить 100 тис. Шт. на рік. Це, в першу
чергу, автомобільні навігатори (стабільний, серійний продукт). Однак в цьому випадку не враховуються потреби муніципального транспорту, спецслужб, аварійних служб, МВС, МНС тощо
Більш правдоподібною здається оцінка в кілька мільйонів штук на рік.
Дослідження показують, що щорічно на світовому ринку продається близько 30 млн. Автомобільних і портативних GPS-навігаторів.
В Європі і в Росії стабільний приріст ринку становить 20 . 30% в рік. Щонайменше, найближчі 5-7 років темп зростання збережеться. Однак ці оцінки досить умовні, оскільки вони засновані на даних по ринку GPS-систем.

Російські приймачі ГЛОНАСС / GPS протестовані європейськими та азійськими компаніями і вже використовуються за кордоном. Причому сфера використання вітчизняних приймачів ГЛОНАСС / GPS поділяється на дві області: місцева система навігації і вбудовування готових модулів в обладнання, що імпортується в Росію.
Для розширення першої області застосування необхідно подальший розвиток ГЛОНАСС і зниження вартості модулів. В даний час здійснюються тільки разові закупівлі.
З приводу використання російських модулів ГЛОНАСС в імпортній техніці ведуться переговори, проте остаточних домовленостей поки не досягнуто. Більш того, подібні системи з вбудованим приймачем ГЛОНАСС, наприклад високошвидкісні системи бездротової передачі даних, де потрібна додаткова високоточна синхронізація опорних станцій, порівняно недавно стали з’являтися на російському ринку, тому говорити про великих партіях не доводиться.

Нижче наведені деякі посилання, які можуть виявитися корисними при вивченні або роботі з ГЛОНАСС.

www.aggf.ru/glon.html
Офіційний сайт асоціації розробників, виробників і споживачів обладнання і додатків на основі глобальних навігаційних супутникових систем «ГЛОНАСС / ГНСС – Форум».
На сайті можна знайти безліч корисних матеріалів – від офіційних документів до технічного опису та свіжих новин.

www.glonass-ianc.rsa.ru
Офіційний сайт «Прикладного споживчого центру» (ППЦ) на базі «Інформаційно-аналітичного центру координатно-часового та навігаційного забезпечення» (ІАЦ КВНО).
На сайті можна детально ознайомитися з поточним станом космічного сегмента ГЛОНАСС.

www.roscosmos.ru/
Офіційний сайт «Роскосмосу», на якому завжди можна ознайомитися з останніми новинами радіонавігації і космічної галузі.

Схожі статті

Gps vs глонасс: яка система краща. Супутникові системи навігації gps та глонасс Навігаційні системи глонасс gps

Система ГЛОНАСС є найбільшим навігаційним комплексом, який дозволяє відстежувати розташування різних об’єктів. Проект, запущений у 1982 р., до цього дня активно розвивається та вдосконалюється. Причому робота ведеться як над технічним забезпеченням ГЛОНАСС, і над інфраструктурою, що дозволяє використовувати систему дедалі більше людей. Так, якщо перші роки існування комплексу навігація за допомогою супутників використовувалася переважно у вирішенні військових завдань, то сьогодні ГЛОНАСС – це технологічний інструмент позиціонування, який став обов’язковим у життєдіяльності мільйонів цивільних користувачів.

Глобальні системи супутникової навігації

Зважаючи на технологічну складність глобального супутникового позиціонування на сьогоднішній день повністю відповідати цій назві можуть лише дві системи – ГЛОНАСС та GPS. Перша є російською, а друга – плодом американських розробників. З технічного погляду ГЛОНАСС – це комплекс спеціалізованого апаратного обладнання, розташованого і на орбіті, і землі.

Для зв’язку з супутниками використовуються спеціальні датчики та приймачі, які зчитують сигнали та формують на їх основі дані про місцезнаходження. Для розрахунку часових параметрів застосовуються спеціальні Вони служать для визначення положення об’єкта з урахуванням трансляції та обробки радіохвиль. Скорочення похибок дозволяє забезпечувати достовірніший розрахунок параметрів позиціонування.

Функції супутникової навігації

У спектр завдань глобальних систем супутникової навігації входить визначення точного розташування наземних об’єктів. Крім географічного положення, глобальні навігаційні супутникові системи дозволяють враховувати час, шлях, швидкість та інші параметри. Реалізуються ці завдання у вигляді супутників, що у різних точках над земної поверхнею.

Застосування глобальної навігації використовується у транспортній галузі. Супутники допомагають у пошуково-рятувальних операціях, виконанні геодезичних та будівельних робіт, а також без них не обходиться координація та обслуговування інших космічних станцій та апаратів. Військова галузь також не залишається без підтримки системи подібних цілей, забезпечує захищений сигнал, призначений спеціально для авторизованої апаратури Міністерства оборони.

Система ГЛОНАСС

Повноцінну роботу система розпочала лише 2010 р., хоча спроби ввести комплекс в активну роботу робилися з 1995 р. Багато в чому проблеми пов’язані з низькою довговічністю використовуваних супутників.

На НаразіГЛОНАСС – це 24 супутники, які працюють у різних точках орбіти. Загалом навігаційну інфраструктуру можна уявити трьома компонентами: управляючий комплекс (забезпечує контроль угруповання на орбіті), і навіть навігаційні технічні засоби користувачів.

24 супутники, кожен з яких має постійну висоту, розподілені на кілька категорій. На кожну півкулю припадає по 12 супутників. З допомогою супутникових орбіт над поверхнею землі формується сітка, з допомогою сигналів якої визначаються точні координати. Крім цього, супутниковий ГЛОНАСС має кілька резервних об’єктів. Вони також знаходяться кожен на своїй орбіті і не діють. У коло їхніх завдань входить розширення покриття над конкретним регіоном і заміна супутників, що виходять з ладу.

Система GPS

Американський аналог ГЛОНАСС – це система GPS, яка розпочинала свою роботу також у 1980-ті, але тільки з 2000 року точність визначення координат уможливила її широке поширення серед споживачів. На сьогоднішній день супутники GPS гарантують точність до 2-3 м. Затримка у розвитку можливостей навігації тривалий час була обумовлена ​​обмеженнями позиціонування штучного характеру. Проте їхнє зняття дозволило з максимальною точністю визначати координати. Навіть за умови синхронізації з мініатюрними приймачами досягається результат, відповідний ГЛОНАСС.

Відмінності між ГЛОНАСС та GPS

Між навігаційними системами виділяється кілька відмінностей. Зокрема, є різниця в характері розміщення та руху супутників на орбітах. У комплексі ГЛОНАСС вони рухаються трьома площинами (по вісім супутників на кожну), а в системі GPS передбачається робота в шести площинах (приблизно по чотири на площину). Отже, російська система забезпечує ширший охоплення наземної території, що відбивається й у вищої точності. Проте на практиці короткострокове «життя» вітчизняних супутників не дозволяє використати весь потенціал системи ГЛОНАСС. GPS, у свою чергу, підтримує високу точність за рахунок надмірної кількості супутників. Тим не менш, російський комплекс регулярно вводить нові супутники, як для цільового використання так і в якості резервної підтримки.

Також застосовуються різні методи кодування сигналу – американці використовують код CDMA, а ГЛОНАСС – FDMA. При розрахунку приймачами даних позиціонування російська супутникова система передбачає складнішу модель. В результаті для використання ГЛОНАСС необхідно високе споживання енергії, що відображається у габаритах пристроїв.

Що дозволяють можливості ГЛОНАСС?

Серед базових завдань системи – визначення координат об’єкта, здатного взаємодіяти ГЛОНАСС. GPS у цьому сенсі виконує подібні завдання. Зокрема, розраховуються параметри руху наземних, морських та повітряних об’єктів. За кілька секунд транспортний засіб, забезпечений відповідним навігатором, може обчислити характеристики власного руху.

При цьому використання глобальної навігації стало обов’язковим для окремих категорій транспорту. Якщо у 2000-х поширення супутникового позиціонування належало до контролю певних стратегічних об’єктів, то сьогодні приймачами забезпечуються морські та авіаційні судна, громадський транспорт тощо.

Які пристрої працюють з ГЛОНАСС

Система здатна забезпечувати безперервне глобальне обслуговування всіх без винятку категорій споживачів незалежно від кліматичних, територіальних та тимчасових умов. Як і послуги системи GPS, ГЛОНАСС навігатор надається безкоштовно та в будь-якій точці планети.

Серед пристроїв, які мають можливість прийому супутникових сигналів, значаться не лише бортові навігаційні засоби та GPS-приймачі, але також стільникові телефони. Дані про місцезнаходження, напрям і швидкість руху відправляються на спеціальний сервер по мережах GSM-операторів. У використанні можливостей супутникової навігації допомагає спеціальна програмаГЛОНАСС та різні програми, що займаються обробкою карт.

Комбіновані приймачі

Територіальне розширення супутникової навігації зумовило зрощення двох систем з погляду споживача. На практиці пристрою ГЛОНАСС нерідко доповнюються GPS і навпаки, що підвищує точність позиціонування та часових параметрів. Технічно це реалізується у вигляді двох датчиків, інтегрованих у один навігатор. На основі цієї ідеї і виробляються суміщені приймачі, що працюють одночасно із системами ГЛОНАСС, GPS та супутньою апаратурою.

Крім підвищення точності визначення такий симбіоз уможливлює відстеження розташування, коли супутники однієї із систем не вловлюються. Мінімальна кількість орбітальних об’єктів, «видимість» яких потрібна для роботи навігатора, становить три одиниці. Так, якщо, наприклад, програма ГЛОНАСС стає недоступною, на допомогу прийдуть супутники gps.

Інші системи супутникової навігації

Розробкою проектів, схожих за масштабами з ГЛОНАСС та GPS, займається Європейський Союз, а також Індія та Китай. планує реалізувати систему Galileo, що складається з 30 супутників, що дозволить досягти неперевершеної точності. В Індії планується запуск системи IRNSS, що працює за допомогою семи супутників. Навігаційний комплекс орієнтується на внутрішньодержавне користування. Система Compass від китайських розробників має складатися із двох сегментів. Перший включатиме 5 супутників, а другий – 30. Відповідно, автори проекту передбачають два формати обслуговування.

Системи супутникової навігації ГЛОНАСС та GPS. Частина 1

Системи супутникової навігації ГЛОНАСС та GPS. Частина 1

Пропонуємо до Вашої уваги цикл статей, присвячених супутниковим радіонавігаційним системам Глонасс (глобальна навігаційна супутникова система) та GPS (Global Positioning System). У першій статті циклу розглянуті питання побудови та функціонування систем, структура та функції апаратури споживача (приймачів), алгоритми вирішення навігаційної задачі та перспективи розвитку систем.

З давніх-давен мандрівники задавалися питанням: як визначити своє місцезнаходження на Землі? Стародавні мореплавці орієнтувалися за зірками, що вказують напрямок руху: знаючи середню швидкість і час у дорозі, можна було зорієнтуватися у просторі та визначити відстань до кінцевого пункту призначення. Проте погодні умови не завжди були на руку дослідникам, тому збитися з курсу не мало особливих труднощів. З появою компасу завдання суттєво спростилося. Мандрівник уже меншою мірою залежав від погоди.

Ера радіо відкрила нові можливості перед людиною. З появою станцій радіолокації, коли стало можливим вимірювати параметри руху і відносне розташування об’єкта по відбитому від його поверхні променю радіолокатора, постало питання про можливість вимірювання параметрів руху об’єкта по випромінюваному сигналу. У 1957 року у СРСР група вчених під керівництвом В.А. Котельникова експериментально підтвердила можливість визначення параметрів руху штучного супутника Землі (ІСЗ) за результатами вимірювань доплерівського зсуву частоти сигналу, що випромінюється цим супутником. Але, що найголовніше, була встановлена ​​можливість вирішення зворотного завдання – знаходження координат приймача по виміряному доплерівському зсуву сигналу, що випромінюється з ШСЗ, якщо параметри руху та координати цього супутника відомі. При русі орбітою супутник випромінює сигнал певної частоти, номінал якої відомий на приймальній стороні (споживач). Положення ШСЗ у кожний момент часу відомо, точніше, його можна вирахувати на підставі інформації, закладеної в сигналі супутника. Користувач, вимірюючи частоту сигналу, що прийшов до нього, порівнює її з еталонною і таким чином обчислює доплерівський зсув частоти, обумовлений рухом супутника. Вимірювання виробляються безперервно, що дозволяє скласти своєрідну функцію зміни частоти Доплера. В певний моментЧас частота дорівнює нулю, а потім змінює знак. У час рівності нулю частоти Доплера споживач перебуває в лінії, що є нормаллю до вектора руху супутника. Використовуючи залежність крутості кривої доплерівської частоти від відстані між споживачем та ШСЗ та вимірявши момент часу, коли частота Доплера дорівнює нулю, можна обчислити координати споживача.

Таким чином, штучний супутник Землі стає радіонавігаційною опорною станцією, координати якої змінюються у часі внаслідок руху супутника по орбіті, але заздалегідь можуть бути обчислені для будь-якого моменту часу завдяки ефемерідної інформації, закладеної в навігаційному сигналі супутника.

У 1958-1959 рр. у Ленінградській військово-повітряній інженерній академії (ЛВВІА) ім. А.Ф. Можайського, Інституті теоретичної астрономії АН СРСР, Інституті електромеханіки АН СРСР, двох морських НДІ та Горьківському НДРФІ проводилися дослідження на тему “Супутник”, які згодом стали основою для побудови першої вітчизняної низькоорбітальної навігаційної супутникової системи “Цикада”. І 1963 року розпочалися роботи з побудови цієї системи. У 1967 році на орбіту було виведено перший вітчизняний навігаційний супутник “Космос-192”. Характерною рисою радіонавігаційних супутникових систем першого покоління є застосування низькоорбітальних ШСЗ та використання для вимірювання навігаційних параметрів об’єкта одного сигналу, видимого в даний момент супутника. Надалі супутники системи “Цікада” були обладнані приймальною апаратурою виявлення об’єктів, що зазнають лиха.

Паралельно з цим, після успішного запуску СРСР першого штучного супутника землі, у Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Гопкінса проводяться роботи, пов’язані з можливістю вимірювання параметрів сигналу, що випромінюється супутником. За вимірами обчислюються параметри руху супутника щодо наземного пункту спостереження. Вирішення зворотного завдання – справа часу.

На основі цих досліджень у 1964 році у США створюється доплерівська супутникова радіонавігаційна система першого покоління “Transit”. Основне її призначення – навігаційне забезпечення пуску з підводних човнів балістичних ракет Поларіс. Батьком системи вважається директор Лабораторії прикладної фізики Р. Кершнер. Для комерційного використання система стає доступною в 1967 р. Так само, як і в системі “Цікада”, у системі “Transit” координати джерела обчислюються за доплерівським зрушенням частоти сигналу одного з 7 видимих ​​супутників. ІСЗ систем мають кругові полярні орбіти з висотою над поверхнею Землі ~ 1100 км, період обігу супутників “Transit” дорівнює 107 хвилин. Точність обчислення координат джерела у системах першого покоління великою мірою залежить від похибки визначення швидкості джерела. Так, якщо швидкість об’єкта визначена з похибкою 0,5 м, це у свою чергу призведе до помилки визначення координат ~ 500 м. Для нерухомого об’єкта ця величина зменшується до 50 м.

Крім того, у цих системах неможливий безперервний режим роботи. Зважаючи на те, що системи низькоорбітні, час, протягом якого супутник знаходиться в полі видимості споживача, не перевищує однієї години. Крім того, час між проходженням різних супутників зони видимості споживача залежить від географічної широти, де він знаходиться, і може скласти величину від 35 до 90 хвилин. Зменшення цього інтервалу шляхом нарощування числа супутників неможливе, тому що всі супутники випромінюють сигнали на тій самій частоті.

Отже, супутникові навігаційні системи другого покоління мають низку істотних недоліків. Насамперед – недостатня точність визначення координат динамічних об’єктів. До недоліку можна віднести відсутність безперервності у вимірах.

Однією з основних проблем, що виникають при створенні супутникових систем, що забезпечують навігаційні визначення по кількох супутниках, є взаємна синхронізація сигналів (шкал часу) супутників з необхідною точністю. Неузгодженість опорних генераторів супутників на 10 нс призводить до помилки у визначенні координат споживача 10-15 м . Другою проблемою, з якою зіткнулися розробники під час створення високоорбітальних супутникових навігаційних систем, стало високоточне визначення та прогнозування параметрів орбіт ШСЗ. Апаратура приймача, вимірюючи затримки сигналів від різних супутників, обчислює координати споживача.

Для цих цілей у 1967 році ВМС США була розроблена програма, за якою було здійснено запуск супутника TIMATION-I, а у 1969 році – супутника TIMATION-II. На борту цих супутників використовувалися кварцові генератори. У той же час ВПС США паралельно вели свою програму з використання широкосмугових сигналів, модулованих псевдошумовим кодом (PRN). Кореляційні властивості такого коду дозволяють використовувати одну частоту сигналу всім супутників, з кодовим поділом сигналів від різних супутників. Пізніше, в 1973 році, дві програми були об’єднані в одну загальну під назвою “Navstar-GPS”. До 1996 року розгортання системи було завершено. На даний момент доступно 28 активних супутників.

У СРСР льотні випробування високоорбітальної супутникової навігаційної системи Глонасс почалися в 1982 запуском супутника “Космос-1413”. Основним розробником і творцем у системі загалом і з космічному сегменту є НУО прикладної механіки (м. Красноярськ), а, по навігаційним космічним апаратам – ПО “Політ” (м. Омск). Головним розробником радіотехнічних комплексів є РНДІКП; відповідальним за створення тимчасового комплексу, системи синхронізації та навігаційної апаратури споживачів визначено Російський інститут радіонавігації та часу.

Мережева радіонавігаційна супутникова система (СРНСС) Глонасс

Система Глонасс призначено для глобальної оперативної навігації приземних рухомих об’єктів. СРНСС розроблено на замовлення Міністерства Оборони. За своєю структурою Глонасс так само, як і GPS, вважається системою подвійної дії, тобто може використовуватися як у військових, так і цивільних цілях.

Система в цілому включає три функціональні частини (у професійній літературі ці частини називаються сегментами) (рис. 1).

Рисунок 1. Сегменти високоорбітальних навігаційних систем Глонасс та GPS

• космічний сегмент, до якого входить орбітальне угруповання штучних супутників Землі (іншими словами, навігаційних космічних апаратів);
• сегмент управління, наземний комплекс управління (ПКУ) орбітальним угрупуванням космічних апаратів;
• апаратура користувачів системи.

З цих трьох частин остання апаратура користувачів найчисленніша. Система Глонасс є беззапитової, тому кількість споживачів системи не має значення. Крім основної функції – навігаційних визначень, – система дозволяє проводити високоточну взаємну синхронізацію стандартів частоти та часу на віддалених наземних об’єктах та взаємну геодезичну прив’язку. Крім того, з її допомогою можна проводити визначення орієнтації об’єкта на основі вимірювань, що виробляються від чотирьох приймачів сигналів навігаційних супутників.

У системі Глонасс як радіонавігаційна опорна станція використовуються навігаційні космічні апарати (НКА), що обертаються по круговій геостаціонарній орбіті на висоті ~ 19100 км (рис. 2). Період звернення супутника навколо Землі дорівнює в середньому 11 годин 45 хвилин. Час експлуатації супутника – 5 років, цей час параметри його орбіти нічого не винні відрізнятися від номінальних значень більше ніж 5%. Сам супутник є герметичний контейнер діаметром 1,35 м і довжиною 7,84 м, всередині якого розміщується різного роду апаратура. Живлення всіх систем здійснюється від сонячних батарей. Загальна маса супутника – 1415 кг. До складу бортової апаратури входять: бортовий навігаційний передавач, хронізатор (годинник), бортовий керуючий комплекс, система орієнтації та стабілізації тощо.

Рисунок 2. Космічний сегмент систем ГЛОНАСС та GPS

Рисунок 3. Сегмент наземного комплексу управління Глонасс

Рисунок 4. Сегмент наземного комплексу управління GPS

Сегмент наземного комплексу управління системи ГЛОНАСС виконує такі функції:

• ефемеридне та частотно-тимчасове забезпечення;
• моніторинг радіонавігаційного поля;
• радіотелеметричний моніторинг НКА;
• командне та програмне радіоуправління НКА.

Для синхронізації шкал часу різних супутників з необхідною точністю на борту НКА використовують цезієві стандарти частоти з відносною нестабільністю порядку 10-13. На наземному комплексі управління використовується водневий стандарт із відносною нестабільністю 10-14. Крім того, до складу ПКУ входять засоби корекції шкал часу супутників щодо еталонної шкали з похибкою 3–5 нс.

Наземний сегмент забезпечує ефемеридне забезпечення супутників. Це означає, що на землі визначаються параметри руху супутників і прогнозуються значення цих параметрів на певний проміжок часу. Параметри та їх прогноз закладаються у навігаційне повідомлення, яке передається супутником поряд із передачею навігаційного сигналу. Сюди ж входять частотно-часові виправлення бортової шкали часу супутника щодо системного часу. Вимірювання та прогноз параметрів руху НКА проводяться у Балістичному центрі системи за результатами траєкторних вимірювань дальності до супутника та його радіальної швидкості.

Мережева радіонавігаційна супутникова система GPS

Американська система GPS за своїми функціональним можливостяманалогічна вітчизняній системі Глонасс. Її основне призначення – високоточне визначення координат споживача, що становлять вектор швидкості, і прив’язка до системної шкали часу. Аналогічно вітчизняною, система GPS розроблена для Міністерства Оборони США та перебуває під його керуванням. Згідно з інтерфейсним контрольним документом, основними розробниками системи є:

• за космічним сегментом – Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
• по сегменту управління – IBM, Federal System Company;
• по сегменту споживачів – Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.

Як і система Глонасс, GPS складається з космічного сегмента, наземного командно-вимірювального комплексу та сегмента споживачів.

Як було зазначено вище, орбітальне угруповання GPS складається з 28 навігаційних космічних апаратів. Всі вони знаходяться на кругових орбітах з періодом обігу навколо Землі, що дорівнює 12 годин. Висота орбіти кожного супутника дорівнює ~20000 км. НКА системи GPS проходили низку удосконалень, які позначалися на їх характеристиках загалом. У табл. 1 наведено короткі характеристики космічних апаратів, що використовуються у системі.

Таблиця 1. Характеристики космічних апаратів, які у системі GPS

Таблиця 2. Порівняльні характеристики систем ГЛОНАСС та GPS

При проектуванні системи загалом та НКА зокрема, велика увага приділяється питанням автономного функціонування. Так, космічні апарати першого покоління (Блок-I) забезпечували нормальну роботу системи (мається на увазі без істотних помилок визначення координат) без втручання сегмента управління протягом 3-4 днів. У апаратах Блок-II цей термін було збільшено до 14 днів. У новій модифікації НКА Блок-IIR дозволяє автономно працювати протягом 180 днів без коригування параметрів орбіти із землі, користуючись лише автономним комплексом взаємної синхронізації супутників. Апарати Блок-IIF передбачається використовувати замість тих, що відпрацювали Блок-IIR.

Структура навігаційних радіосигналів системи Глонасс

У системі Глонасс використовується частотний поділсигналів (FDMA), що випромінюються кожним супутником – двох фазоманіпульованих сигналів. Частота першого сигналу лежить у діапазоні L1 ~ 1600 МГц, а частота другого – у діапазоні L2 ~ 1250 МГц. Номінальні значення робочих частот радіосигналів, що передаються в діапазонах L1 та L2, визначаються виразом:

де k = 0,1. 24 – номери літерів (каналів) робочих частот супутників;

Для кожного супутника робочі частоти сигналів у діапазоні L1 та L2 когерентні та формуються від одного еталона частоти. Відношення робочих частот, що несе кожного супутника:

Номінальне значення частоти бортового генератора, з погляду спостерігача, що є поверхні Землі, дорівнює 5,0 MГц.

В діапазоні L1 кожен супутник системи Глонасс випромінює 2 несучі на одній і тій же частоті, зсунуті один щодо одного по фазі на 90 º (рис. 5).

Рисунок 5. Векторна діаграма несучих сигналів систем ГЛОНАСС та GPS

Одна з несучих піддається фазової маніпуляції на 180 º. Модулюючий сигнал отримують додаванням за модулем 2 трьох двійкових сигналів (рис. 6):

• грубого далекомірного коду, що передається зі швидкістю 511 Кбіт/с (рис. 6в);
• послідовності навігаційних даних, що передаються зі швидкістю 50 біт/с (рис. 6а);
• меандрового коливання, що передається зі швидкістю 100 біт/с (рис. 6б).

Рисунок 6. Структура сигналу ГЛОНАСС

Сигнал у діапазоні L1 (аналогічний C/A-коду GPS) доступний для всіх споживачів у зоні видимості КА. Сигнал у діапазоні L2 призначений для військових потреб, та його структура не розкривається.

Склад та структура навігаційних сполучень супутників системи Глонасс

Навігаційне повідомлення формується як безперервно наступних рядків, кожна тривалістю 2 з. У першій частині рядка (інтервал 1,7 с) передаються навігаційні дані, а у другій (0,3 с) – Мітка Часу. Вона є укороченою псевдовипадковою послідовністю, що складається з 30 символів з тактовою частотою 100 біт/с.

Навігаційні повідомлення супутників системи Глонасс необхідні споживачам для навігаційних визначень та планування сеансів зв’язку із супутниками. За своїм змістом навігаційні повідомлення поділяються на оперативну та неоперативну інформацію.

Оперативна інформація відноситься до супутника, із сигналу якого вона була отримана. До оперативної інформації відносять:

• оцифрування міток часу;
• відносна відмінність несучої частоти супутника від номінального значення;
• ефемеридна інформація.

Час прив’язки ефемеридної інформації та частотно-часові поправки, що мають півгодинну кратність від початку доби, дозволяють точно визначати географічні координати та швидкість руху супутника.

Неоперативна інформація містить альманах, що включає:

• дані про стан усіх супутників системи;
• зсув шкали часу супутника щодо шкали системи;
• параметри орбіт всіх супутників системи;
• виправлення до шкали часу системи Глонасс.

Вибір оптимального “сузір’я” КА та прогнозу доплерівського зсуву несучої частоти забезпечується за рахунок аналізу альманаху системи.

Навігаційні повідомлення супутників системи Глонасс структуровані як суперкадрів тривалістю 2,5 хв. Суперкадр складається із п’яти кадрів тривалістю 30 с. Кожен кадр містить 15 рядків тривалістю 2 с. З 2 із тривалості рядка останні 0,3 с займає мітка часу. Решта рядка містить 85 символів цифрової інформації, що передаються із частотою 50 Гц.

У складі кожного кадру передається повний обсяг оперативної інформації та частина альманаху системи. Повний альманах міститься у всьому суперкадрі. При цьому інформація суперкадра, що міститься в рядках 1–4, відноситься до супутника, з якого вона надходить (оперативна частина), і не змінюється в межах суперкадра.

Структура навігаційних радіосигналів системи GPS

У системі GPS використовується кодовий поділ сигналів (CDMA), тому всі супутники випромінюють сигнали з однаковою частотою. Кожен супутник системи GPS випромінює два фазоманіпульовані сигнали. Частота першого сигналу становить L1 = 1575,42 МГц, а другого – L2 = 1227,6 МГц. Сигнал несучої частоти L1 модулюється двома двійковими послідовностями, кожна з яких утворена шляхом підсумовування по модулю 2 далекомірного коду і системних і навігаційних даних, що передаються, формованих зі швидкістю 50 біт/с. На частоті L1 передаються два квадратурні компоненти, біфазно маніпульовані двійковими послідовностями. Перша послідовність є сумою за модулем 2 точного далекомірного коду Р або засекреченого коду Y та навігаційних даних. Друга послідовність також є сумою за модулем 2 грубого З/A (відкритого) коду і тієї ж послідовності навігаційних даних.

Радіосигнал на частоті L2 біфазно маніпульований лише однією із двох раніше розглянутих послідовностей. Вибір модулюючої послідовності здійснюється за командою із Землі.

Кожен супутник використовує властиві тільки йому далекомірні коди С/A і Р(Y), що дозволяє розділяти супутникові сигнали. У процесі формування точного далекомірного Р(Y) коду одночасно формуються мітки часу супутникового сигналу.

Склад та структура навігаційних повідомлень супутників системи GPS

Структурне поділ навігаційної інформації супутників системи GPS складає суперкадри, кадри, подкадри і слова. Суперкадр утворюється з 25 кадрів та займає 750 с (12,5 хв). Один кадр передається протягом 30 і має розмір 1500 біт. Кадр поділено на 5 підкадрів по 300 біт і передається протягом інтервалу 6 с. Початок кожного подкадра позначає мітку часу, що відповідає початку/закінченню чергового 6-с інтервалу системного часу GPS. Подкадр складається із 10 30-біт слів. У кожному слові 6 молодших розрядів є перевірними бітами.

У 1-, 2- і 3-му підкадра передаються дані про параметри корекції годин і дані ефемерид КА, з яким встановлений зв’язок. Зміст і структура цих підкадрів залишаються незмінними усім сторінках суперкадра. У 4- та 5-му підкадрах міститься інформація про конфігурацію та стан усіх КА системи, альманахи КА, спеціальні повідомлення, параметри, що описують зв’язок часу GPS з UTC, та інше.

Алгоритми прийому та вимірювання параметрів супутникових радіонавігаційних сигналів

До сегменту споживачів систем GPS та ГЛОНАСС відносяться приймачі сигналів супутників. По вимірам параметрів цих сигналів вирішується навігаційне завдання. Приймач можна поділити на три функціональні частини:

З виходу антенно-фідерного пристрою (антени) сигнал надходить на радіочастотну частину (рис. 7). Основне завдання цієї частини полягає у посиленні вхідного сигналу, фільтрації, перетворенні частоти та аналого-цифровому перетворенні. Крім цього, з радіочастотної частини приймача надходить тактова частота для цифрової частини приймача. З виходу радіочастотної частини цифрові відліки вхідного сигналу надходять вхід цифрового корелятора.

Рисунок 7. Узагальнена структура приймача

У кореляторі спектр сигналу переноситься на “нульову” частоту. Це здійснюється шляхом перемноження вхідного сигналу корелятора з опорним гармонійним коливанням у синфазному та квадратурному каналах. Далі результат перемноження проходить кореляційну обробку шляхом перемноження з опорним далекомірним кодом та накопиченням на періоді далекомірного коду. У результаті отримуємо кореляційні інтеграли I і Q. Відліки кореляційних інтегралів надходять у процесор для подальшої обробки та замикання петель ФАП (фазове автопідстроювання) та ССЗ (схема стеження за затримкою). Вимірювання параметрів сигналу в приймачі виробляються безпосередньо по вхідному сигналу, а, по його точної копії, формованої системами ФАП і ССЗ. Кореляційні інтеграли I і Q дозволяють оцінити ступінь “схожості” (корелювання) опорного та вхідного сигналів. Завдання корелятора, крім формування інтегралів I і Q – формувати опорний сигнал, згідно з керуючими впливами (кодами управління), що надходять з процесора. Крім того, в деяких приймачах корелятор формує необхідні вимірювання опорних сигналів та передає їх у процесор для подальшої обробки. У той самий час, оскільки опорні сигнали в кореляторі формуються з керуючих кодів, що надходять з процесора, необхідні вимірювання опорних сигналів можна проводити безпосередньо в процесорі, обробляючи відповідним чином керуючі коди, що і робиться в багатьох сучасних приймачах.

Які параметри сигналу вимірює корелятор (процесор)?

Дальність при радіотехнічних вимірах характеризується часом поширення сигналу від об’єкта виміру до вимірювального пункту. У навігаційних системах GPS/ГЛОНАСС випромінювання сигналів синхронізовано зі шкалою часу системи, точніше, зі шкалою часу супутника, що випромінює цей сигнал. У той же час, споживач має інформацію про розбіжність шкали часу супутника та системи. Цифрова інформація, що передається із супутника, дозволяє встановити момент випромінювання деякого фрагмента сигналу (мітки часу) супутником у системному часі. Момент прийому цього фрагмента визначається за шкалою часу приймача. Шкала часу приймача (споживача) формується за допомогою кварцових стандартів частоти, тому спостерігається постійний “догляд” шкали часу приймача щодо шкали часу системи. Різниця між моментом прийому фрагмента сигналу, відрахованим за шкалою часу приймача, та моментом випромінювання його супутником, відрахованим за шкалою супутника, помножена на швидкість світла, називається псевдодальністю. Чому псевдодальністю? Тому що вона відрізняється від істинної дальності на величину, що дорівнює добутку швидкості світла на “догляд” шкали часу приймача щодо шкали часу системи. При вирішенні навігаційного завдання цей параметр визначається нарівні з координатами споживача (приймача).

Кореляційні інтеграли, що формуються в кореляторі, дозволяють відстежити модуляцію сигналу супутника символами інформації та обчислити позначку часу у вхідному сигналі. Мітки часу випливають з періодичністю 6 с для GPS і 2 с для ГЛОНАСС і утворюють своєрідну 6(2)-секундну шкалу. У межах одного поділу цієї шкали періоди далекомірного коду утворюють 1-мс шкалу. Одна мілісекунда розділена, у свою чергу, на окремі елементи (chips, в термінології GPS): для GPS – 1023, для ГЛОНАСС – 511. Таким чином, елементи далекомірного коду дозволяють визначити дальність до супутника з похибкою ~ 300 м. Для більш точного визначення необхідно знати фазу генератора далекомірного коду. Схеми побудови опорних генераторів корелятора дозволяють визначати фазу з точністю до 0,01 періоду, що становить точність визначення псевдодальності 3 м.

На підставі вимірювань параметрів опорного гармонійного коливання, що формується системою ФАП, визначають частоту і фазу коливання супутника. Його відхід щодо номінального значення дасть доплерівське зміщення частоти, яким оцінюється швидкість споживача щодо супутника. Крім того, фазові вимірювання несучої дозволяють уточнити дальність до супутника з похибкою кілька мм.

Для визначення координат споживача необхідно знати координати супутників (щонайменше 4) і дальність від споживача кожного видимого супутника. Для того, щоб споживач міг визначити координати супутників, навігаційні сигнали, що випромінюються ними, моделюються повідомленнями про параметри їх руху. В апаратурі споживача відбувається виділення цих повідомлень та визначення координат супутників на потрібний моментчасу.

Координати та складові вектора швидкості змінюються дуже швидко, тому повідомлення про параметри руху супутників містять відомості не про їх координати та складові вектора швидкості, а інформацію про параметри деякої моделі, що апроксимує траєкторію руху КА на досить великому інтервалі часу (близько 30 хвилин). Параметри апроксимуючої моделі змінюються досить повільно, їх можна вважати постійними на інтервалі апроксимації.

Параметри апроксимуючої моделі входять до складу навігаційних повідомлень супутників. У системі GPS використовується кеплерівська модель руху з оскулюючими елементами. В цьому випадку траєкторія польоту КА розбивається на ділянки апроксимації тривалістю в одну годину. У центрі кожної ділянки задається вузловий момент, значення якого повідомляється споживачеві навігаційної інформації. Крім цього, споживачеві повідомляють параметри моделі оскулюючих елементів на вузловий момент часу, а також параметри функцій, що апроксимують зміни параметрів моделі оскулюючих елементів у часі як попередньому вузловому елементу, так і наступному за ним.

В апаратурі споживача виділяється інтервал часу між моментом часу, який потрібно визначити положення супутника, і вузловим моментом. Потім за допомогою апроксимуючих функцій та їх параметрів, виділених з навігаційного повідомлення, обчислюються значення параметрів моделі елементів, що оскулюють, на потрібний момент часу. На останньому етапіза допомогою звичайних формул кеплерівської моделі визначають координати та складові вектора швидкості супутника.

У системі Глонасс визначення точного положення супутника використовуються диференціальні моделі руху. У цих моделях координати та складові вектора швидкості супутника визначаються чисельним інтегруванням диференціальних рівнянь руху КА, що враховують кінцеву кількість сил, що діють на КА. Початкові умови інтегрування задаються на вузловий момент часу, що розташовується посередині інтервалу апроксимації.

Як було сказано вище, для визначення координат споживача необхідно знати координати супутників (не менше 4) і дальність від споживача до кожного видимого супутника, яка визначається в навігаційному приймачі з точністю близько 1 м. Для зручності розглянемо найпростіший “плоський” випадок, представлений на рис . 8.

Рисунок 8. Визначення координат споживача

Кожен супутник (рис. 8) можна у вигляді точкового випромінювача. І тут фронт електромагнітної хвилі буде сферичним. Точкою перетину двох сфер буде та, де знаходиться споживач.

Висота орбіт супутників становить 20000 км. Отже, другу точку перетину кіл можна відкинути через апріорні відомості, тому що вона знаходиться далеко в космосі.

Диференціальний режим

Супутникові навігаційні системи дозволяють споживачеві отримати координати з точністю близько 10-15 м. Однак для багатьох завдань, особливо для навігації в містах, потрібна більша точність. Один із основних методів підвищення точності визначення місцезнаходження об’єкта заснований на застосуванні відомого в радіонавігації принципу диференціальних навігаційних вимірів.

Диференціальний режим DGPS (Differential GPS) дозволяє встановити координати з точністю до 3 м у динамічній навігаційній обстановці та до 1 м – у стаціонарних умовах. Диференціальний режим реалізується за допомогою контрольного приймача GPS, званого опорною станцією. Вона знаходиться в пункті з відомими координатами, в тому ж районі, що і основний GPS-приймач. Порівнюючи відомі координати (отримані в результаті прецизійної геодезичної зйомки) з виміряними, опорна станція обчислює поправки, що передаються споживачам по радіоканалу в заздалегідь обумовленому форматі.

Апаратура споживача приймає від опорної станції диференціальні поправки та враховує їх щодо місцезнаходження споживача.

Результати, отримані за допомогою диференціального методу, значною мірою залежать від відстані між об’єктом та опорною станцією. Застосування цього найефективніше, коли переважними є систематичні помилки, зумовлені зовнішніми (стосовно приймача) причинами. За експериментальними даними, опорну станцію рекомендується розташовувати не далі 500 км від об’єкта.

В даний час існує безліч широкозонних, регіональних і локальних диференціальних систем.

Як широкозонні варто відзначити такі системи, як американська WAAS, європейська EGNOS і японська MSAS. Ці системи використовують геостаціонарні супутники передачі поправок всім споживачам, що у зоні їх покриття.

Регіональні системи призначені для навігаційного забезпечення окремих ділянок земної поверхні. Зазвичай регіональні системи використовують у великих містах, на транспортних магістралях та судноплавних річках, у портах та березі морів і океанів. Діаметр робочої зони регіональної системизазвичай становить від 500 до 2000 км. Вона може мати у своєму складі одну або кілька опорних станцій.

Локальні системи мають максимальний радіус дії від 50 до 220 км. Вони зазвичай включають одну базову станцію. Локальні системи зазвичай поділяють за способом їх застосування: морські, авіаційні та геодезичні локальні диференціальні станції.

Розвиток супутникової навігації

Загальний напрямок модернізації обох супутникових систем GPS та Глонасс пов’язаний з підвищенням точності навігаційних визначень, покращенням сервісу, що надається користувачам, підвищенням терміну служби та надійністю бортової апаратури супутників, покращенням сумісності з іншими радіотехнічними системами та розвитком диференціальних підсистем. Загальний напрямок розвитку систем GPS і Глонасс збігається, але динаміка та досягнуті результати сильно відрізняються.

Удосконалення системи ГЛОНАСС планується здійснювати на базі супутників нового покоління “ГЛОНАСС-М”. Цей супутник матиме збільшений ресурс служби і випромінюватиме навігаційний сигнал в діапазоні L2 для цивільних застосувань.

Аналогічне рішення було прийнято в США, де 5 січня 1999 оголошено про виділення 400 млн. дол. на модернізацію системи GPS, пов’язану з передачею C/A-коду на частоті L2 (1222,7 МГц) і введенням третьої несучої L3 (1176, 45 МГц) на КА, які запускатимуться з 2005 року. Сигнал на частоті L2 намічено використовуватиме цивільних потреб, не пов’язаних безпосередньо з небезпекою життя людей. Пропонується розпочати реалізацію цього рішення з 2003 року. Третій громадянський сигнал на частоті L3 вирішено використовуватиме потреб цивільної авіації.

1. Радіотехнічні системи. За ред. Казарінова Ю.М. М: Вища школа, 1990.
2. Соловйов Ю.А. Системи супутникової навігації. М: Еко-Трендз, 2000.
3. Глобальна супутникова радіонавігаційна система ГЛОНАСС/За ред. В.М. Харісова, А.І. Перова, В.А. Болдіна. М: ІПРЖР, 1998.
4. Ліпкін І.А. Супутникові навігаційні системи. М: Вузовська книга, 2001.
5. Глобальна навігаційна супутникова система ГЛОНАСС. Інтерфейсний контрольний документ М: КНИЦ ВКС, 1995.
6. Interface Control Document: GPS Space Segment / Navigation User Interfaces (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

Сьогодні важко знайти сферу соціально-економічного розвитку, де не могли б використовуватися послуги супутникової навігації. Найбільш актуальним залишається застосування ГЛОНАСС-технологій у транспортній галузі, включаючи морське та річкове судноплавство, повітряний та наземний транспорт. При цьому, за даними експертів, 80% навігаційного обладнання застосовується на автомобільному транспорті.

НАЗЕМНИЙ ТРАНСПОРТ

Одна з основних областей застосування супутникової навігації – моніторинг транспорту. Ця послуга є найважливішою для промислових, будівельних, транспортних підприємств. Навігаційне обладнання, що приймає сигнали системи ГЛОНАСС, дозволяє визначити розташування автомобіля, показання вимірювальних датчиків можуть забезпечувати як безпеку пасажирських перевезень, так і зручність та оптимізацію експлуатації комерційного транспорту, виключити його нецільове використання. Використання системи дозволяє власникам автопарків за 4-6 місяців скоротити витрати з їхньої обслуговування на 20-30%.

Одна з технологій, що реалізуються в Росії на основі супутникової навігації, – Інтелектуальна транспортна система (ІТС). Вона включає моніторинг перевезення небезпечних, великогабаритних та великовагових вантажів, контроль режиму праці та відпочинку водіїв, управління та диспетчеризацію пасажирських перевезень, інформування пасажирів міського транспорту.

Ефективність застосування послуг супутникової навігації на наземному транспорті можна оцінювати за такими критеріями як:

• зниження кількості дорожньо-транспортних пригод, а також загиблих та постраждалих при ДТП; зниження часу реагування на ДТП;
• зниження часу перебування у дорозі, підвищення привабливості громадського транспорту;
• підвищення якості витрачання бюджетних коштів.

За оцінками фахівців, рахунок впровадження інтелектуальних транспортних систем зростання ВВП Росії може становити 4-5% на рік.

Моніторинговими та навігаційно-інформаційними технологіями на базі послуг системи ГЛОНАСС оснащені муніципальний та громадський транспорт Алтайського, Краснодарського, Красноярського, Ставропольського, Хабаровського країв, Астраханської, Білгородської, Вологодської, Калузької, Курганської, Магаданської, Ростовської, Московської , Саратовської, Тамбовської, Тюменської областей, Москви, республік Мордовія, Татарстан, Чувашія. У цілому по Росії елементи ІТС реалізовані та ефективно працюють більш ніж у 100 містах.

ПОШУК І РЯТУВАННЯ

Обладнання, яке приймає сигнали навігаційних супутників, встановлюється на автомобілях швидкої медичної допомоги, а також на транспортних засобах служб МНС. Координатно-тимчасове забезпечення на основі супутникових даних дозволяє оперативніше прибувати бригадам медиків та рятувальників до місць надзвичайних пригод для надання допомоги постраждалим. За допомогою ГЛОНАСС відстежується розташування та пересування груп пожежників.

Один із показових прикладів застосування глобальної супутникової навігації на користь порятунку людських життів — система ЕРА-ГЛОНАСС (екстренне реагування при аваріях). Її основне завдання – визначення факту дорожньо-транспортної пригоди та передача даних на сервер реагування. При аварії автомобіля, встановлений на ньому навігаційно-телекомунікаційний термінал автоматично визначає координати, встановлює зв’язок із серверним центром системи моніторингу та передає дані про аварію каналами стільникового зв’язкуоператору. Ці дані дозволяють визначити характер та тяжкість ДТП та здійснити негайне реагування машин швидкої допомоги. Застосування даних Глобальної навігаційної супутникової системи через ЕРА-ГЛОНАСС дозволяє значно знизити рівень смертності від травм, отриманих від дорожніх аварій.

Ще одна сфера застосування ГЛОНАСС на користь порятунку людських життів — поєднання глобальної супутникової навігації з Міжнародною системою пошуку та рятування КОСПАС-САРСАТ. Ця функція передбачена на навігаційних космічних апаратах останнього покоління “Глонасс-К”. Вже на етапі льотних випробувань супутник «Глонасс-К» № 11 у березні 2012 року через ретранслятор цієї системи передав сигнал лиха про канадський вертоліт, що зазнав катастрофи, завдяки чому екіпаж був врятований.

ПЕРСОНАЛЬНА НАВІГАЦІЯ

Чіпсети з навігаційними приймачами сигналів ГЛОНАСС використовуються в смартфонах, планшетах, цифрових камерах, пристроях для фітнесу, трекерах, портативних комп’ютерах, навігаторах, годинниках, окулярах та інших пристроях. Персональна навігація стає основною сферою застосування технологій супутникової навігації.

Використання ГНСС-технологій сприяло появі абсолютно нових видів спорту та активного відпочинку. Прикладом цього є геокешинг – туристична гра із застосуванням супутникових навігаційних систем, сенс якої в знаходженні схованок, захованих іншими учасниками гри. Ще один новий видСпорт геотегінг – гонка по пересіченій місцевості по заздалегідь визначеним супутниковим координатам.

Перспективним напрямомЗастосування ГЛОНАСС-технологій є соціальні системи, які передбачають допомогу людям з обмеженими можливостями здоров’я або малолітнім дітям. Використовуючи навігаційне обладнання з голосовим інтерфейсом, незряча людина може визначити свій шлях до магазину, поліклініки тощо. Власники подібних пристроїв можуть у разі виникнення небезпеки або різкого погіршення самопочуття викликати екстрену допомогу, натиснувши кнопку тривоги. Індивідуальний супутниковий трекер може допомогти батькам у режимі онлайн відстежувати місцезнаходження своєї дитини з метою контролю за її безпекою.

АВІАЦІЯ

В авіації навігаційні приймачі інтегровані в бортові комплекси аеронавігаційного забезпечення, які забезпечують маршрутну навігацію та захід на посадку у складних метеорологічних умовах. Величезне значення супутникова навігація має забезпечення посадки літаків малої авіації на необладнані аеродроми. Системи навігації на основі ГЛОНАСС підвищують безпеку гелікоптерів, підвищують точність навігації безпілотних літальних апаратів.

ВОДНИЙ ТРАНСПОРТ

Використання ГНСС-технологій морського/річкового призначення у Росії прагне 100%. Ємність російського ринкуоцінюється в 18 560 одиниць водного транспорту, включаючи вантажні та пасажирські річкові та морські судна. Технології ГЛОНАСС застосовуються в судноплавстві під час проведення суден та маневрування у складних умовах (шлюзи, порти, канали, протоки, льодова обстановка), навігації на внутрішніх водних шляхах, моніторингу та обліку флоту, рятувальних операціях.

Зростання обсягу перевезень Північним морським шляхом, що дозволяє істотно скоротити час доставки товарів з Азіатсько-Тихоокеанського регіону до Європи, призводить до підвищення інтенсивності судноплавства в районі з вкрай суворими кліматичними умовами. В умовах штормів та щільних туманів без супутникової навігації складно забезпечити безпеку руху суден.

ГЕОДЕЗІЯ І КАРТОГРАФІЯ

Технології ГЛОНАСС використовуються у міському та земельному кадастрі, плануванні та управлінні розвитком територій, для оновлення топографічних карт. Використання технологій ГЛОНАСС прискорює та здешевлює процес створення карт та їх актуалізацію — у ряді випадків відпадає необхідність у дорогій аерофотозйомці або трудомісткій топографічній зйомці. У Російській Федерації поточний обсяг ринку геодезичного обладнання на базі ДПСС оцінюється в 2,3 тис. од.

ДОВКІЛЛЯ

Наукове співтовариство активно використовує навігаційні дані для спостережень та досліджень Землі. ГЛОНАСС сприяє розвитку методів та засобів, призначених для вирішення фундаментальних завдань геодинаміки, формування Земної системи координат, побудови моделі Землі, вимірювання припливів, течій та рівня моря, визначення та синхронізація часу, локалізації розливів нафти, рекультивації земель після поховань небезпечних відходів.

Навігаційні сигнали від космічних апаратів ГЛОНАСС відіграють важливу роль у вивченні сейсмічних процесів. За допомогою супутникових даних точніше, ніж через наземне обладнання, можна фіксувати процеси зміщення тектонічних плит. Крім цього, обурення в іоносфері, зафіксовані за допомогою навігаційних супутників, дають вченим дані про наближення рухів земної кори. Таким чином, глобальна супутникова навігація дозволяє прогнозувати землетруси та мінімізувати їхні наслідки для людини. Технології на основі ГЛОНАСС допомагають також здійснювати контроль за автомобільними та залізницями на лавинонебезпечних ділянках у гірських місцевостях.

КОСМІЧНА НАВІГАЦІЯ

У космічній галузі технології ГЛОНАСС застосовуються для відстеження засобів виведення, високоточного визначення орбіт космічних апаратів, визначення орієнтації космічного апарату щодо Сонця, для точного спостереження, контролю та цілевказівки систем протиракетної оборони.

Зокрема, апаратурою супутникової навігації ГЛОНАСС або ГЛОНАСС/GPS оснащені: ракета-носій “Протон-М”, ракета-носій “Союз”, розгінні блоки “Бриз”, “Фрегат”, “ДМ”, космічні апарати “Метеор-М” , “Іоносфера”, “Канопус-СТ”, “Кондор-Е”, “Барс-М”, “Ломоносів”, а також залізничні рухомі комплекси, що використовуються для транспортування ракет-носіїв та компонентів ракетного палива.

У космічній галузі велика кількість проектів вимагають високоточного знання орбіт космічних апаратів при розв’язанні задач дистанційного зондування Землі, розвідки, картографування, моніторингу льодової обстановки, надзвичайних ситуацій, а також у галузі вивчення Землі та світового океану, побудови високоточної динамічної моделі. та атмосфери. При цьому точність знання положення об’єктів потрібна на рівні одиниць сантиметрів, спеціальні методи обробки вимірювань системи ГЛОНАСС від приймачів, розташованих на борту космічного апарату дозволяють успішно вирішити і це завдання.

БУДІВНИЦТВО

У Росії технології ГЛОНАСС застосовуються при моніторингу будівельної техніки, а також моніторингу зміщення дорожнього полотна, моніторингу деформацій лінійних стаціонарних об’єктів, в системах управління дорожньо-будівельною технікою.

Послуги супутникової навігації допомагають у визначенні розташування географічних об’єктів з сантиметровою точністю при прокладанні нафто- та газопроводів, ліній електропередач, уточнювати параметри місцевості при зведенні будівель та споруд, дорожньому будівництві. За оцінками вітчизняних та зарубіжних експертів, застосування ГЛОНАСС підвищує ефективність будівельних та кадастрових робіт на 30-40%.

Застосування послуг ГЛОНАСС дозволяє оперативно передавати інформацію про стан складних інженерних споруд, потенційно небезпечних об’єктів, таких як греблі, мости, тунелі, промислові підприємства, атомні електростанції. За допомогою супутникового моніторингу у спеціалістів своєчасно з’являються відомості про необхідність додаткового діагностування цих споруд та їх ремонту.

ГЛОНАСС використовується для тимчасового протоколювання грошових транзакцій по фондовому, валютному та сировинному дилінгу. Безперервний та точний спосіб реєстрації переказів та можливість їх відстеження є основою діяльності міжнародних торгових систем міжбанківської торгівлі. Найбільші інвестиційні банки використовують ГЛОНАСС у тому, щоб синхронізувати комп’ютерні мережі своїх підрозділів у всій Росії. Об’єднана біржа ММВБ-РТС використовує тимчасові сигнали ГЛОНАСС для точної реєстрації котирувань під час угод. Апаратура ГЛОНАСС, що застосовується на користь телекомунікаційної інфраструктури, забезпечує вирішення завдань синхронізації мереж зв’язку.

ЗБРОЯ

Особливого значення система ГЛОНАСС має для ефективності вирішення завдань Збройними Силами та спеціальними споживачами. Система використовується для вирішення завдань координатно-тимчасового забезпечення всіх видів і пологів військ, у тому числі підвищення ефективності застосування високоточної зброї, безпілотної авіації, оперативного управління військами.

Ідея визначати місцезнаходження предметів за допомогою штучних супутників Землі спала на думку американцям ще в 1950-х роках. Проте підштовхнув вчених радянський супутник.

Американський фізик Річард Кершнер зрозумів, що якщо знати координати на землі, то можна дізнатися швидкість радянського космічного апарату. З цього і почалося розгортання програми, яка згодом почала називатися GPS – система глобального позиціонування. 1974 року на орбіту виведено першого американського супутника. Спочатку цей проект був призначений для військових відомств.

Як працює геопозиціонування

Розглянемо особливості геопозиціонування з прикладу традиційного трекера. До моменту активації пристрій знаходиться в режимі очікування, модуль GPS ГЛОНАСС вимкнено. Така опція призначена для збереження заряду акумулятора та збільшення періоду автономної роботипристрої.

Під час активації запускаються одразу три процеси:

• приймач GPS починає аналізувати координати за вбудованою програмою. Якщо в цей момент виявляється три супутники, система вважається недоступною. Те саме відбувається і з ГЛОНАСС;
• якщо трекер (наприклад, навігатор) підтримує модулі двох систем, прилад аналізує відомості, отримані від обох супутників. Потім зчитує ті відомості, що вважає достовірними;
• якщо сигнали обох систем у потрібний момент недоступні, то включається GSM. Але дані, отримані в такий спосіб, будуть неточними.

Тому, запитуючи: що вибрати – GPS або ГЛОНАСС, вибирайте обладнання з підтримкою двох супутникових систем. Недоліки роботи однієї із них перекриє інша. Таким чином, приймачеві доступні сигнали одночасно з 18-20 супутників. Це забезпечує гарний рівеньта стабільність сигналу, що мінімізує похибки.

Вартість сервісу GPS та ГЛОНАСС-моніторингу

На остаточну вартість обладнання впливають кілька факторів:

• країна виробник;
• які системи навігації використовуються;
• якість матеріалів та додаткові функції;
• обслуговування ПЗ.

Найбюджетніший варіант – обладнання китайського виробництва. Ціна починається від 1000 руб. Проте на якісне обслуговування не варто очікувати. За такі гроші власник отримає обмежений функціонал та недовгий термін служби.

Наступний сегмент обладнання – європейські виробники. Сума стартує від 5000 руб., але натомість покупець отримує стабільне програмне забезпеченнята розширені функції.

Російські виробники пропонують цілком рентабельне обладнання за розумні гроші. Ціни на вітчизняні трекери починаються з 2500 руб.

Окрема стаття витрат – абонентська плата та оплата додаткових послуг. Щомісячна плата для вітчизняних компаній – 400 руб. Європейські виробники відкривають додаткові опції за додаткову “монету”.

Прийде заплатити і за монтаж обладнання. У середньому, установка в сервісному центріобійдеться у 1500 рублів.

Переваги та недоліки ГЛОНАСС та GPS

Тепер розглянемо плюси та мінуси кожної системи.

Сателіти GPS майже не з’являються в південній півкулі, тоді як ГЛОНАСС передає сигнал до Москви, Швеції та Норвегії. Чіткість сигналу вища у американської системи завдяки 27 активним супутникам. Відмінність у похибки “грає на руку” супутникам США. Для порівняння: неточність ГЛОНАСС – 2,8 м, GPS – 1,8 м. Однак це усереднений показник. Чистота обчислень залежить від положення супутників на орбіті. У деяких випадках апарати вишиковуються так, що ступінь прорахунку збільшується. Така ситуація виникає у обох систем.

Резюме

Так що ж переможе порівняння GPS vs ГЛОНАСС? Строго кажучи, громадянським користувачам не має значення, які супутники використовує їх навігаційна техніка. Обидві системи безкоштовні та знаходяться в відкритому доступі. Розумним рішенням розробників стане взаємна інтеграція систем. У такому разі в “полі зору” трекера буде знаходитись необхідна кількість апаратів навіть за несприятливих погодних умов та перешкод у вигляді висотних будівель.

GPS та ГЛОНАСС. Відео на тему

Що краще: ГЛОНАСС, GPS чи Galileo?

У сучасному світі, де нормальне функціонуванняокремих галузей безпосередньо залежить від якості послуг, що поставляються в області навігаційних супутникових систем, питання аж ніяк не пусте.
На сьогоднішній день існує кілька супутникових навігаційних систем, призначених для визначення місця розташування та точного часу, а також параметрів руху (швидкості та напрямки руху тощо) для наземних, водних та повітряних об’єктів.

З точки зору доступності та застосування інтерес представляють чотири системи: російська ГЛОНАСС, американська NAVSTAR GPS, європейська система Galileo та китайська система BeiDou/Compass.
Системи ГЛОНАСС та NAVSTAR GPS повністю введені в експлуатацію та є глобальними.

Рис. 1. Існуючі засоби навігаційно-часового забезпечення.

На різних етапах введення в експлуатацію знаходяться системи Galileo та BeiDou/Compass, які також забезпечать глобальний сервіс.

Рис. 2. Перспективні засоби навігаційно-часового забезпечення.

Склад навігаційних систем.
Будь-яка супутникова навігаційна система складається з трьох основних сегментів:

• Космічний сегмент або орбітальне угруповання;
• Наземний сегмент;
• Користувальницький сегмент.

Орбітальне угруповання системи ГЛОНАСС представлено 30 космічними апаратами з яких станом на 29/06-2014 23 знаходяться у системі, 2 у резерві. Супутники, що залишилися, на етапі введення в експлуатацію або технічне обслуговування. Космічні апарати обертаються на кругових орбітах у трьох орбітальних площинах на висоті 19 100 км. Число супутників у кожній орбітальній площині – 8.

До складу орбітального угруповання системи NAVSTAR GPS входять 32 космічні апарати, що обертаються на кругових орбітах у 6 орбітальних площинах на висоті 20183 км. Число супутників у кожній орбітальній площині 4.

Орбітальне угруповання системи Galileo складуть 30 супутників (27 операційних та 3 резервних). Повністю розгорнути орбітальне угруповання планується у 2016 році, коли виведуть на орбіту усі 30 супутників (27 операційних та 3 резервних). Орбітальне угруповання системи GALILEO розташовуватиметься у трьох площинах, нахилених до екватора під кутом 56 градусів на висоті 23224 км., по 9 супутників у кожній орбітальній площині.

Орбітальне угруповання системи Beidou/Compass, складатиметься з 36 КА, 5 КА будуть перебувати на геостаціонарній орбіті; 5 КА на похилій геосинхронній орбіті; 24 КА середньої навколоземної орбіті. Інші супутники, можливо, складуть орбітальний резерв. Таке розміщення орбітального угруповання забезпечить системі цілодобове глобальне охоплення поверхні Землі.

Найбільший інтерес представляють системи ГЛОНАСС та NAVSTAR GPS.

За точністю вимірювання обидві системи приблизно рівні. Згідно з даними системи диференціальної корекції та моніторингу на 30 червня 2014 р. точність обох систем становить 5-7 м. Американська система має більш розвинену мережу станцій, що передають поправки для диференціального режиму. Ці станції, розташовані біля США, Канади, Японії, КНР, ЄС та Індії, дозволяють знизити похибку біля цих країн до 1-2 м.

У той самий час Російські станції диференціальної корекції розташовані переважно біля РФ.
Поточна мережа наземних станцій налічує 14 станцій у Росії, одну станцію в Антарктиді та одну у Бразилії. Розвиток системи передбачає розгортання восьми додаткових станцій на території Росії та кількох станцій за кордоном (додаткові станції будуть розміщені в таких країнах, як Куба, Іран, В’єтнам, Іспанія, Індонезія, Нікарагуа, Австралія, дві в Бразилії, і ще одна додаткова буде розміщена в Антарктиді).

Безперечною перевагою вітчизняної системи є більш висока точність у приполярних областях Землі за рахунок вищого способу орбіт.

За повідомленням Reuters, співробітники шведської компанії Swepos, яка обслуговує загальнонаціональну мережу супутникових навігаційних станцій, визнали перевагу російської системи навігації ГЛОНАСС над американською GPS.

За словами Бо Йонссона, заступник глави підрозділу геодезичних досліджень, ГЛОНАСС забезпечує більш точне позиціонування в північних широтах: «вона (Глонасс) працює трохи краще в північних широтах, тому що орбіти її супутників розташовані вище, і ми бачимо їх краще, ніж супутники GPS». Йонссон повідомив, що 90% клієнтів його компанії використовують Глонасс у комбінації з GPS. Слід зазначити, що тут пан Йонссон не зовсім точний. Йдеться, швидше за все, не про висоту орбіт, орбіти супутників GPS трохи вище ніж у ГЛОНАСС, а про нахилі орбітальних площин: 64,80 у системи ГЛОНАСС проти 550 у системи GPS.

І все ж найкраща точність позиціонування досягається при використанні пристроїв, що дозволяють приймати сигнали як від системи ГЛОНАСС, так і від системи GPS.
Справа в тому, що для точного визначення координат потрібно чотири супутники тієї чи іншої системи. Проте здебільшого таке визначення дає досить низьку точність: її важко використовувати за умов міської забудови на вирішення певних завдань.
Зі зростанням числа спостережених супутників точність зростає. Зазвичай спостерігається 6-9 супутників системи GPS. Якщо ми працюємо на закритій місцевості: в горах, у лісі, особливо в міському ландшафті, коли ми фактично ходимо в джунглях, то кількість супутників, які ми бачимо, може дуже зменшуватися – або геометрія їх розташування може стати неефективною.
Наприклад, супутники можуть вишиковуватися в одну лінію вздовж вулиці. У цьому випадку загальна кількість супутників, які ми можемо спостерігати, є дуже важливим аспектом: чим їх більше, тим вища якість у таких обмежених умовах. Так, за даними все тієї ж системи диференціальної корекції та моніторингу на 30 червня 2014 р. точність навігаційних визначень при спільному використанніГЛОНАСС та GPS зростає до 3-5 м.

На нижче наведених діаграмах представлена ​​доступність систем ГЛОНАСС та GPS за даними системи диференціальної корекції та моніторингу на 30 червня 2014 року.
Тут PDOP – зниження точності за місцем розташування.

Рис. 3. Доступність ГНСС ГЛОНАСС.

Рис.4. Доступність ГНСС GPS.

Рис.5. Доступність ГНСС ГЛОНАСС + GPS.

Планується збільшення точності обох систем.

До 2015 року точність системи ГЛОНАСС доведуть до 1,4 м, до 2020 року – 0,6 м з подальшим збільшенням цього показника до 10 см. Система GPS після виведення на орбіту супутників нового покоління забезпечить своїм користувачам точність 0,6-0 ,9 м. При використанні диференціального режиму вже сьогодні цілком можлива точність 0,1 м.
Система Galileo, як очікується, забезпечить точність 30 см у низьких широтах за одночасного прийому сигналу від 8-10 супутників. За рахунок вищої, ніж у супутників GPS орбіти, на широті полярного кола буде забезпечено точність 1 м.
Про точність системи Beidou/Compass сьогодні говорити поки що рано, зважаючи на те, що система розгорнута не повністю. Проте, 8 травня 2014 року система пройшла експертну перевірку, під час якої було встановлено, що її точність становить менше 1 м. За заявою академіка АН Китаю Ян Юаньсі, точність супутникової системи БЕЙДОУ при роботі в диференціальному режимі перевищує аналогічні показники системи GPS.

У питанні надійності систем та утримання космічного угруповання пальма першості на даний момент за американською системою GPS. Важливою відмінністю системи ГЛОНАСС від системи GPS полягає в тому, що супутники ГЛОНАСС у своєму орбітальному русі не мають резонансу (синхронності) з обертанням Землі, що забезпечує їм більшу стабільність.

Таким чином, угруповання КА ГЛОНАСС не потребує додаткових коригувань протягом усього терміну активного існування. Тим не менш, термін служби супутників ГЛОНАСС помітно коротший. У системі ГЛОНАСС планується доведення гарантованого терміну активного існування супутника на орбіті до 10 років.

Про небезпеку.

2 квітня 2014 року стався великий збій у роботі системи ГЛОНАСС. Протягом майже 11 годин всі 24 супутники системи видавали некоректні дані, тобто. система виявилася непрацездатною. Працездатність системи відновили, у причинах розуміються. Питання, чи можливе повторення подібних ситуацій залишається відкритим.
Але не все гладко в питаннях підтримки необхідної кількості космічних апаратів у складі орбітального угруповання та GPS.

У 2009 році Головне бюджетно-контрольне управління США (GAO) випустило звіт про майбутнє системи GPS, в якому висловлено занепокоєння тим, що орбітальне угруповання може виявитися нездатним забезпечувати належні експлуатаційні якості в період з 2010 по 2018 рік (System Design & Test newsletter, May 2009, GPS World, May 27, 2009). Бред Паркінсон, перший директор відділу реалізації програми GPS, головний архітектор та захисник GPS, заявив: “Можливо, що в угрупованні виявиться менше 24 супутників”.

Чи потрібна Росії власна система супутникової навігації? Однозначно потрібна. Без використання сучасних навігаційних технологій важко забезпечити конкурентоспроможність національної економіки.

Не можна також ігнорувати той факт, що система GPS, як і російська ГЛОНАСС, контролюється військовими відомствами. Тому ставити російську економіку у залежність від американської GPS, з урахуванням можливостей режиму селективного доступу та навмисного “загрублення” або спотворення сигналу над певною географічною територією, а також існуючих техногенних, економічних та інших ризиків як мінімум недалекоглядно. Особливо в умовах дії економічних санкцій, спрямованих насамперед на ослаблення позиції Росії на міжнародній економічній арені та нового витка «холодного» протистояння Росії та блоку НАТО.

Через побоювання, що системи ГЛОНАСС можуть бути використані у військових цілях, держдепартамент США відмовив Роскосмосу у видачі дозволів на будівництво на американській території кількох російських вимірювальних станцій. У відповідь на заборону з 1 червня 2014 року призупинено роботу на території РФ станцій для системи GPS. А вже з 1 вересня роботу цих станцій може бути припинено. Відключення наземних станцій відіб’ється лише на надточному позиціонуванні, яке не використовується у цивільних цілях.
Тим не менш, випадок є досить показовим. Що стосується Galileo, то система є яскравим прикладом не дуже успішної спроби створення глобальної навігаційної супутникової системи із залученням на комерційній основі приватного капіталу, тобто змішування функцій держави та бізнесу. Це вже спричинило затримку створення європейської системи Galileo на кілька років.

За оцінками фахівців, система Galileo може запрацювати у повному обсязі після 2014 року. Для користувачів системи (за винятком авіації, торговельного флоту, урядових та військових організацій, спецслужб, рятувально-пошукових служб) буде доступна відкрита та комерційна служби. Відкрита служба забезпечить користувачів безплатним сигналом з точністю лише на рівні сучасних систем. Гарантії його отримання не надаватимуться.
Завдяки досягнутим компромісам з урядом США формат даних, що використовується також у сигналах модернізованої GPS, дозволить взаємодоповнювати системи GPS і Galileo. Комерційна служба надаватиме кодований сигнал, який дозволяє отримати підвищену точність позиціонування. Права використання сигналу планується перепродавати через провайдерів. Передбачається гнучка система оплати залежно від часу використання та виду абонента. Очевидно, що користувачам системи Galileo у сферах, де потрібна висока точність позиціонування, доведеться нести додаткові витрати на послуги користування системою.
Система Beidou/Compass знаходиться в комерційній експлуатації з грудня 2012 р. Система забезпечуватиме користувачів даними про позицію, швидкість і точний час. Дані надаватимуться відкритими каналами. Крім галузевих можливостей використання системи, розробники анонсували можливість обміну текстовими повідомленнями між абонентами системи.
Персональні користувачі системи зможуть скористатися сервісом з надання інформації про найближчі готелі, ресторани, парковки, культурні об’єкти шляхом надсилання текстових повідомлень місцевим постачальникам послуг. Постачальники послуг негайно знайдуть необхідну інформацію на основі розташування користувача, а потім надішлють електронну картку, наприклад, у телефон користувача. Користувач також зможе отримати послуги з доданою вартістю, такі як замовлення номера в готелі, столик у ресторані або замовлення паркувального місця.

Хоча роботи із сумісності систем Beidou/Compass та ГЛОНАСС розпочалися у 2014 р., поки невідомо чи буде доступний повний функціонал системи Веїду/Компас російським користувачам.

Рис. 6. Зона покриття системи Beidou на даний момент.

Таким чином, сьогодні у світі існує дві дійсно глобальні системи супутникової навігації: ГЛОНАСС та GPS.

Однозначної відповіді на запитання, яка система все-таки краща, на сьогоднішній день дати не зможе ніхто.

Що використовувати: російську систему ГЛОНАСС, підтримавши вітчизняного виробника, або використовувати систему GPS, ризикуючи бути відключеним від системи в самий невідповідний момент? Очевидними є переваги використання апаратури, що підтримує як ГЛОНАСС так і GPS, адже з позиції рядового споживача, чим з великою кількістю глобальних супутникових навігаційних систем здатна працювати його апаратура, тим краще з точки зору доступності та якості послуги навігаційного визначення.

Вже сьогодні на ринку можна знайти дво- або трисистемну апаратуру, яка, крім GPS і ГЛОНАСС, зможе працювати з сигналами Galileo. Якщо будуть успішно розгорнуті орбітальні угруповання Galileo і Compass, то не забариться і ГЛОНАСС/GPS/Galileo/Compass-апаратура споживача. Вибір залишається за вами.